用于SIMO无线通信系统的物理层安全传输方法

摘要

本发明公开了一种用于SIMO无线通信系统的物理层安全传输方法，首先期望接收方反向发射随机参考信号，然后发射方使用接收到的参考信号对待传输符号进行置乱后发射，最后期望接收方利用已知参考信号对接收信号进行解调以获得发射方传输的信息。在第一步中，多天线接收方不仅发送参考信号，同时也发送人工噪声信号，且人工噪声信号所在空间与主信道向量正交，使得人工噪声对期望发射方接收参考信号没有影响。对于窃听者来说，由于信道不同将受到人工噪声信号的干扰，因此难以准确估计随机参考信号，成功窃听加密信号的可能性也大幅度降低，从而最终使得SIMO无线通信系统的安全传输得到了保障。

主权项

一种用于SIMO无线通信系统的物理层安全传输方法，其特征在于，通信系统模型包括：使用单天线的发射方Alice，使用M根天线的期望接收方Bob，以及使用N根天线的窃听者Eve，其中Alice需要向Bob传输保密信息，天线数目满足M>N，具体包括如下步骤：(1)Alice首先向Bob发送未加密的请求信息，该请求信息同时包含用于信道估计的导频序列；Bob利用导频序列估计出由Alice到Bob的信道信息并记为M维列向量h_AB，然后以M维列向量为第一列构造M维酉矩阵U＝[u₁,U_C]，其中上标*表示取共轭，||h||表示向量h的二范数；考虑到时分双工并且信道慢变，由Bob到Alice的信道为其中上标T表示转置运算；(2)Bob产生参考符号γ和人工噪声信号z_B，其中γ为复随机变量，其模为1，相位服从[0,2π)上的均匀分布，z_B为M‑1维随机列向量，每个元素服从均值为0、方差为1/(M‑1)的复高斯分布且相互独立，然后发射信号其中P₁和P₂分别代表参考符号和人工噪声的发射功率；(3)Alice接收到来自Bob的信号为y_A＝h_BAx_B+v_A，其中v_A代表噪声，然后发射信号x_A＝Ay_As，其中s为需要传输的符号，A为放大系数；(4)Bob接收到来自Alice的信号为y_B＝h_ABx_A+v_B，其中v_B代表M维噪声向量，由于Bob已知参考信号γ，其通过y_B准确估计Alice传输的符号s；(5)Eve先后接收到来自Bob的信号y_E,1＝H_BEx_B+v_E,1和来自Alice的信号y_E,2＝h_AEx_A+v_E,2，其中N×M维矩阵H_BE代表由Bob到Eve的信道，N维列向量h_AE代表由Alice到Eve的信道，v_E,1和v_E,2代表N维噪声向量，由于Eve未知参考信号γ，必须先通过y_E,1估计γ，再根据y_E,2和估计出的γ估计Alice传输的符号s，受到人工噪声的影响，通过y_E,1估计γ难以得到准确的结果，进而也难以准确地估计s，通信的安全性即得到保障；(6)Alice每传输一个符号，均重复上述步骤(2)～(4)，当需要重新估计信道时，则重复步骤(1)。